О пондеромоторной силе ионно-циклотронной волны вблизи ионной гирочастоты
Категория: 13-1
УДК 550.38 550.386
А.В. Гульельми
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
Исследуется пондеромоторная сила в окрестности изолированного полюса показателя преломления ионно-циклотронной волны. Показано, что если плазма содержит электроны и ионы одного сорта, то учет теплового движения ионов устраняет неограниченный рост силы с приближением к полюсу. Задача оказывается более сложной, если плазма многокомпонентная, т.е. содержит ионы нескольких сортов с разным отношением заряда к массе. Подробно проанализирован случай, когда в водородной плазме содержится малая примесь тяжелых ионов, например O+.
Показано, что при исследовании бесстолкновительной плазмы необходимо разложить полную силу на сумму парциальных сил, действующих раздельно на легкие и тяжелые ионы. Обнаружено, что в плазме с достаточно низкой концентрацией тяжелых ионов учет теплового движения не устраняет сингулярность. Найдена причина появления сингулярности и указан способ регуляризации пондеромоторной силы.
Кратко рассмотрено стационарное течение малой примеси тяжелых ионов в окрестности локальной гирочастоты.
Ключевые слова: магнитосфера, электромагнитные волны, пондеромоторные силы.
Литература
Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: ИЛ, 1954. 183 с.
Будько Н.И. Об амплитудном спектре ионно-циклотронных свистящих атмосфериков вблизи ионной гирочастоты // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19, № 2. С.363–366.
Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Физматгиз, 1960. 552 с.
Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Физматлит, 2008. 655 с.
Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз, 1962. 1100 с.
Гульельми А.В. Пондеромоторные силы в коре и в магнитосфере Земли // Физика Земли. 1992. № 7. С.35–40.
Гульельми А.В., Лундин Р. Пондеромоторное взаимодействие между ионами и ультранизкочастотными волнами в магнитосфере Земли // Геофизические исследования. 2011. Т. 12, № 1. С.77–86.
Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. 208 с.
Гульельми А.В., Фейгин Ф.З., Похотелов О.А. Перераспределение магнитосферных ионов под действием силы Миллера // Изв. вузов. Радиофизика. 1996. Т. 39, № 4. C.464–471.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 620 с.
Лихтер Я.И., Гульельми А.В., Ерухимов Л.М., Михайлова Г.А. Волновая диагностика приземной плазмы. М.: Наука, 1988. 215 с.
Питаевский Л.П. Электрические силы в прозрачной среде с дисперсией // ЖЭТФ. 1960. Т. 39, вып. 5. С.1450–1458.
Guglielmi A., Lundin R. Ponderomotive upward acceleration of ions by ion cyclotron and Alfvén waves over the polar regions // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P.13219–13236.
Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic waves. Bristol and Philadelphia: IOP Publ. Ltd., 1996. 402 p.
Guglielmi A., Hayashi K., Lundin R., Potapov A. Ponderomotive impact of ion cyclotron waves on the ions in the equatorial zone of the magnetosphere // Earth Planets Space. 1999. V. 51. P.1297–1308.
Guglielmi A., Pokhotelov O., Stenflo L., Shukla P.K. Modifications of the magnetospheric plasma due to ponderomotive forces // Astrophys. Space Sci. 1993. V. 200. P.91–96.
Guglielmi A., Kangas J., Mursula K., Pikkarainen T., Pokhotelov O., Potapov A. Pc1 induced electromagnetic lift of background plasma in the magnetosphere // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. N A10. P.21493–21500.
Guglielmi A., Pokhotelov O.A., Feygin F.Z., Kurchashov Yu.P., McKenzie J.F., Shukla P.K., Stenflo L., Potapov A.S. Ponderomotive forces in longitudinal MHD waveguides // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N A5. P.7997–8002.
Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of short-period magnetic pulsations (A Review) // Space Sci. Rev. 1998. V. 83. P.435–512.
Lundin R., Guglielmi A. Ponderomotive forces in cosmos // Space Sci. Rev. 2006. V. 127. P.1–116.
Сведения об авторе
ГУЛЬЕЛЬМИ Анатолий Владимирович – профессор, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, ИФЗ РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8-916-647-51-76. E-mail: guglielmi@mail.ru